Гидрогеологические особенности Пермского края
..pdf
Рис. 11.1. Разведочные выработки: а – штольня, канава; б – буровая скважина, шурф; 1 – делювиальные отложения; 2 – коренные породы
Канавы (траншеи) – узкие (до 0,8 м) и неглубокие (до 2 м) выработки, выполняемые вручную или с помощью техники с целью обнажения коренных пород, залегающих под наносами.
Штольни – подземные горизонтальные выработки, закладываемые на склонах рельефа и вскрывающие толщи горных пород в глубине массива. Стенки штольни крепятся, если штольня проходит в горных нескальных породах, для предохранения проходки от обрушения стенок и кровли.
Шурфы – вертикальные выработки круглого или квадратного сечения глубиной от 2 до 5 м, круглые – диаметром до 1 м (называются дудки), квадратные – со сторонами от 1 до 1,5 м.
По мере проходки шурфа ведут геологическую документацию, записывают в журнал работ данные о вскрываемых породах грунтов, условия их залегания, моменты появления грунтовых вод. По мере вскрытия шурфа выполняют зарисовки и составляют развертку шурфа, что позволяет более точно определить мощность вскрытых слоев и элементы их залегания в пространстве (рис. 11.2).
91
Рис. 11.2. Развертка шурфа: 1 – стенки; 2 – дно; З – запад; С – север; В – восток; Ю – юг
Буровые скважины – наклонные или вертикальные выработки, выполняемые специальным буровым инструментом, в их конструкциях различают устье, стенки и забой (рис. 11.3).
Бурение скважин – главный вид инженерно-геологических и гидрогеологических разведочных работ, с помощью которых
Рис. 11.3. Буровая скважина: 1 – устье; 2 – стенки; 3 – забой
92
выясняют состав, свойства, состояние грунтов, условия их залегания, гидрогеологические характеристики подземных вод, дебит скважин, определяют минерализацию водоносных горизонтов.
В зависимости от способов бурения и состава горных пород образцы, извлекаемые из скважины, могут быть ненарушенными или с нарушенной структурой. Образцы с ненарушенной структурой называются кернами.
Диаметр скважин при выполнении инженерно-геологичес- ких работ принимают обычно 150–200 мм, а глубину – от нескольких десятков метров для промышленного или гражданского строительства до 100 м и до нескольких сотен метров для гидротехнического строительства. При поиске полезных ископаемых – газа, нефти – глубина разведочных буровых скважин может достигать нескольких километров.
При проходке скважин через слабые и водонасыщенные породы применяют стальные обсадные трубы, для исключения обрушения (оплывания) стенок и обваливания ствола.
По мере проходки скважины оформляется геологическая документация, называемая геолого-литологической колонкой буровой скважины (рис. 11.4).
После завершения всех полевых работ по исследованию геологических и гидрогеологических особенностей участка изысканий выполняются работы по тампонажу скважин, рекультивации участков, где производились земляные работы, с предварительной засыпкой и уплотнением засыпаемых штолен, шурфов, канав.
Отбор образцов и проб воды из буровых разведочных скважин производится из обнажений грунтов, получаемых при разработке изыскательских выработок – шурфов, штолен буровых скважин и т.д. Пробы отбирают послойно на всю глубину выработок, но не реже, чем указано в техническом задании
(0,5–1,0 м).
Наиболее детально исследуются слои грунта, которые будут непосредственно воспринимать нагрузки от фундаментов и формировать грунтовое основание будущих сооружений.
93
Рис. 11.4. Геолого-литологическая колонка буровой скважины
Из всех образцов, получаемых при исследовании, 5–10 % отбирают и консервируют для лабораторных анализов и исследований: при работе с шурфами и обнаженных горизонтах отбирают монолиты в виде куба с размерами стороны от 10 до 30 см, а при работах с буровыми скважинами – монолиты высотой 20–30 мм. Изъятые образцы (монолиты) немедленно парафинируют и обматывают марлей для сохранения их естественной влажности. Отобранные образцы пород предохраняют от сотрясений, промерзаний, высыханий и хранят не более 1,5 мес.
94
При отборе образцов разрушенной или рыхлой породы вес каждой пробы (образца) должен быть не менее 0,5 кг и храниться (желательно) в герметичной упаковке.
Пробы подземной (грунтовой) воды берут из каждого водоносного горизонта в количестве от 0,5 до 1 л, ее количество зависит от вида химического анализа и степени ее минерализации. Взятую пробу заливают в чистые специальные емкости итщательно закупоривают. Каждой емкости с пробой воды, предназначенной для анализов, присваивают порядковый номер и дают характеристику водоносного слоя, изкоторого взятаконкретная проба.
12. РАСЧЕТЫ СВОЙСТВ ГРУНТОВ ГЕОФИЗИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ
На практике применяется два геофизических метода исследования инженерно-геологических свойств грунтов: сейсмометрия и электрометрия.
Применение геофизических методов в ряде случаев позволяет значительно сократить объем буровых работ. С их помощью можно получить данные высокой степени точности для изучения физических и химических свойств конкретных горных пород и подземных вод.
Сейсмометрические методы исследования инженерно-гео- логических процессов и явлений основаны на различии скоростей распространения упругих колебания в разных горных породах, возникающих от естественных или техногенных условий.
В настоящее время в инженерно-геологической практике используются одноканальные микросейсмические установки, с их помощью можно установить глубину залегания скальных горных пород под наносами мягких грунтов, выявить дно речных долин, карстовые полости, мощность талых пород в зонах вечной мерзлоты. В сложных сейсмически опасных и городских районах этот метод недостаточно точен и поэтому его применение не всегда рентабельно.
95
Метод электроразведки основан на исследовании массива горных пород искусственно созданным электрическим полем, так как каждая порода (сухая или мокрая) характеризуется своим удельным электрическим сопротивлением. Чем больше разница в удельных сопротивлениях пород, тем точнее будут результаты электроразведки для данной строительной площадки.
Наиболее широкое применение при инженерно-геологи- ческом исследовании нашли методы электропрофилирования и вертикального зондирования.
При электропрофилировании на исследуемом участке погружают в грунт по намеченным створам серию электродов, и на каждом из них измеряют сопротивление пород путем перемещения прибора с фиксированным положением электродов. При этом получают сведения об изменении на конкретном участке удельного сопротивления, что может быть связано с наличием другого вида грунтаидаже пустот (рис. 12.1).
Рис. 12.1. Метод электропрофилирования толщи пород: 1 – измерительный прибор; 2–5 – электроды
Вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ) позволяет выделить литографические слои горных пород, отметки дна речных долин, глубину залегания коренных пород, уровень подземных вод и т.д. Сущность метода заключается в том, что по мере увеличения расстояния между питающими электродами А и Б линии токов перемещаются в глубину породы, а глубина электрического зондирования зависит от расстояния между точками А и Б исоставляет всреднем 1/3 или 1/4 этогорасстояния(рис. 12.2).
96
Рис. 12.2. Вертикальное электрическое зондирование толщи пород: 1 – потенциометр; 2 – источник электропитания; 3 – эквипотенциальные линии; 4 – линии электротока;
А– Г – электроды
Измеряя силу тока между питающими электродами А и Б и разность потенциалов между приемными электродами В и Г, можно найти электрическое сопротивление исследуемых пород. По полученным данным возможно построить геологический разрез и сопоставить данные ВЭЗ с данными, полученными при выполнении буровых работ (рис. 12.3).
Рис. 12.3. Электроразведка толщи пород: а – электропрофиль через карстовую полость, заполненную песком; б – карстовая полость с песком в известняках; в – буровая колонна;
г – кривая ВЭЗ
97
13. КАМЕРАЛЬНЫЕ РАБОТЫ
Геологические карты и разрезы создаются после окончания полевых работ по инженерно-геологической съемке, проходке буровых скважин и горнопроходческих выработок. Геологические карты и разрезы являются обязательной и важнейшей геологической, инженерно-геологической и гидрогеологической документацией при решении вопросов строительства и последующей эксплуатации сооружений. Карты составляются при возведении крупных объектов, разрезы – обязательная документация во всех случаях строительства.
Геологические карты – это проекция геологических структур на горизонтальную проекцию, по ним можно судить о площади распространения тех или иных пород на территории строительства, об условиях их залегания, дисклокации и распространении подземных вод. Для построения геологических карт в качестве базовой документации используют топографические карты в установленных масштабах (рис. 13.1).
Рис. 13.1. Геологические карты: I – зона четвертичных отложений; II – зона коренных пород; П – поверхность земли
Все геологические карты подразделяются на карты коренных пород и карты четвертичных отложений.
98
Четвертичные отложения покрывают поверхность земли почти сплошным чехлом, скрывая от глаз человека породы до четвертичного периода. На картах четвертичных отложений
принято показывать расположение в плане пород различного происхождения – речные, ледниковые отложения и т.п. и литологический состав пород, расположенных на поверхности земли.
Карты коренных пород описывают горные породы, которые располагаются под четвертичными отложениями, характер их залегания, литологический состав и т.д., и могут быть нескольких видов: стратиграфические, литологические, литолого-стратигра- фические и специального назначения – инженерно-геологические и гидрогеологические, карты строительных материалов.
Стратиграфическая карта показывает распространение границ пород разного возраста, породы одного возраста обозначаются одним буквенным индексом и раскрашиваются одним цветом на всех картах, издаваемых в РФ. Так, породы юрского периода окрашиваются синим цветом, породы мелового периода – зеленым и т.д. Стратиграфическая карта обычно сопровождается стратиграфической колонкой, в которой отражают порядок напластований пород по возрасту.
Литографические карты отражают состав пород. Каждой породеприсвоен определенный типовойусловныйзнак(рис. 13.2).
Литолого-стратиграфические карты составляются для обеспечения строительства как отдельных зданий, так и для целых комплексов. Они содержат информацию о возрасте и составе горных и осадочных пород.
Инженерно-геологические карты представляют сведения об инженерно-геологических факторах в пределах изучаемой территории. Как правило, на этих картах показывают геологические разрезы, к ним прикладывается пояснительная записка.
Карты этого типа бывают трех видов:
1) карты инженерно-геологических и гидрогеологических условий, обеспечивающие необходимой информацией все виды строительства на конкретной территории;
99
Рис. 13.2. Условные обозначения горных пород на литологических и других видах карт и разрезов
2)карты инженерно-геологического и гидрогеологическо-
го районирования, отражающие разделение территории на части (регионы, области, районы и т.д.) в зависимости от общности их инженерно-геологических и гидрогеологических условий;
3)карты специального назначения составляются конкрет-
но для определенного вида строительства специальных сооружений и кроме инженерно-геологических и гидрогеологических условий территории отражают прогнозные варианты изменения инженерно-геологической и гидрогеологической ситуации.
Масштабы инженерно-геологических и гидрогеологических карт принимаются в зависимости от их назначения и де-
тального содержания и могут быть от 1:500 000 и мельче – до 1:10 000 и крупнее.
Геологические разрезы являются дополнением геологических карт и представляют собой проекцию геологических структур на вертикальную плоскость, выявляют геологическое строе-
100